大坝监测系统数据采集模块的抗干扰设计

数据采集系统抗干扰技术摘要:本文主要从单片机的数据采集系统出发,从理论方面阐述了硬件和软件两方面所采取的抗干扰措施来提高系统的可靠性。

关键词:数据采集系统抗干扰技术单片机控制的数据采集系统不仅要求有完善的记忆、存贮、识别和控制功能,如CPU、存储器、数字I/O输入和输出、串行接口、计数定时和实时操作系统,还要求对信号的处理、滤波、A/D和D/A变换器、驱动执行机构等,成为一个完整协调有特殊功能的工作系统。

然而在整个系统中,因其受到多方面的干扰,影响了系统的可靠性,为了保证系统在各种复杂的环境中长时间、安全、稳定的运行,必须解决好其一直存在的一个常见关键而又难以解决的问题———抗干扰问题。

在单片机控制系统中,干扰源主要来自来自两个方面:一是来自系统内部元器件在工作时产生的干扰,干扰信号通过地址线、电源线、信号线、分布电容和电感等传输,影响系统工作状态;二是来自系统外部其他电气设备产生的干扰,通过传导和辐射等途径影响微机控制系统和应用系统的正常工作。

为使单片机控制系统正常工作,在硬件和软件两方面均可采取一定抗干扰措施来提高系统的可靠性。

一、硬件抗干扰措施硬件抗技术适合于消除频率较高信号中的干扰,主要是抵抗空间辐射干扰,输入/输出通道干扰及供电系统的干扰。

1.硬件看门狗技术使用硬件看门狗的主要目的是防止程序执行受到干扰,不能按正常流程执行的一种监视芯片。

所谓“看门狗”就是一个定时器,定时时间到,它就输出一个信号,使单片机复位。

所谓“谓狗”就是把定时器的计数值清除。

只要按时喂狗,定时器就不会到达定时时间,单片机就不会复位。

如果程序“跑飞”,或者进入死循环,不能按时喂狗,就会复位,使单片机重新开始工作。

2.屏蔽技术屏蔽技术是利用金属材料对电磁波具有较好的吸收和反射能力来进行抗干扰的。

屏蔽一般分为3种:静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽。

可以根据系统屏蔽的要求选用好的金属材料制成设备外壳,从根本上屏蔽外部的干扰信号。

华人民共和国行业标准大坝安全自动监测系统设备基本技术条件发布实施中华人民共和国水利部发布目次前言范围引用标准定义设备范围及结构技术要求试验方法使用说明书贮存前言本标准是衔接和是大坝安全自动监测系统中的各类仪器和设备进行单一本标准负责起草单位本标准参加起草单位中国水利水电科黄河水利委员会勘测规划设计本标准主要起草人本标准参加起草人本标准于年大坝安全自动监测系统设备基本技术条件范围检验规本标准适用于实现大坝安全监测自动化的大坝安全自动监测系统的仪器和引用标准所示版本包装储运图示标志设备可靠性试验运输包装收发货标志水文仪器总技术条件基本环境试验条件及方法工业产品使用说明书总则仪器仪表包装通用技术条件混凝土大坝安全监测技术规范土石坝安全监测技术规范水文自动测报系统设备基本技术条件定义本标准采用下列定义监测仪器集线箱集中测量装置测量控制装置中央控制装置检测仪监测点监测仪器监测站符号与和设备范围及结构设备范围本标准规定的监测系统设备主要包括监测仪器集线箱集中测量装置中央控制装置对于监测系统中使用的其他配套设备各种通讯介质的接设备结构技术要求基本要求模块化的设抗振动性能在安装时其垂直和水平方向均应重要功能模块应采取冗余措施对于现场设备应采用免维护蓄软件监测及自动复位系统等功能以便系统自监测系统应具备如下保证监测数据准确性的技术措施或设备监测系统应具备自校措施为保证维修前后的监测数据连续性监测系统设备的通讯接口推荐采用或监测系统必须具备防雷抗干扰能力并满足如下要求接地电阻一般不大于对于强雷击区接地电阻应不大于监测系统设备机壳必须可靠接地测点温度相对湿度大气压力水压或承受运行要求的倍测站温度相对湿度大气压力监测中心站温度相对湿度大气压力环境适应性防尘等性能并满足本标准抗电磁干扰等性能并满足本标准并应具备经受设防震级的相应监测系统组成要求安全信息管理系统及通信和电源线路控制和电源监测系统设备的基本功能和性能监测仪器监测仪器的长期稳定性应满足年漂移量不超过其准确度的测控装置测量通道测量功能其综合准确度应满足和数据采集过程控制功能通讯功能存储功能存储容量应不低于自检自校功能掉电保护功能防雷功能不失真抗电磁干扰功能不失真短期自动供电功能并维持中央控制装置自动控制功能人工控制功能应具备人工操作功能监测数据自校和报警功能出现超限数据时应报警系统自检和故障显示功能监测数据管理功能人工输入数据功能供电功能远程控制和组网功能集线箱应具有能接入适配的专用传感器集中测量装置应具有能发出命令控制集线箱实现自动巡测或选测检测仪应具有对相应类型的监测仪器通用配套设备计算机系统应具有与系统功能要求及运行要求相适应的配套设备电源装置不间断电源均应具备各自产品标准所规定的性能并能满足监测系统设备交流电源电压推荐选用安装等性能通讯方式以及其他国际标准接数据传输速率不低于推荐选用数据库应包括监测准确度变形监测准确度分别满足和渗流监测准确度渗流水位分别满足和渗流量渗流量分辨力应力应变及温度监测准确度分辨力电阻比电阻准确度电阻比电阻环境量库水位分辨力准确度分辨力为以上各级误差限测量结果的合格概率应在雨量分辨力准确度气温分辨力准确度监测设备运行稳定性要求在被监测物理量不变的条件下系统中用于数据采集的设备在内采集数据的准确度应满足本标准误码率及可靠性要求误码率监测系统设备数据传输的误码率应不大于按平均无故障工作时间检验现场运行考核要求满足下列规定监测仪器行业标准或企业标准的规定测控装置检测仪按数据采集缺失率考核监测系统数据自动采集数据缺失率应不大于设备其他性能要求时钟准确度月最大计时误差应小于装配及外观质量焊缝平整此外还应尽可能考机械环境适应性监测系统设备的整机或重要部件应满足监测系统联机运行要求监测系统联机运行后应能实现下列功能数据采集功能并能在交流电源或通讯中断条件下定时自动巡测并储存数据试验方法试验条件监测系统设备的试验监测系统设备的试验应采用经定期检定或校验合格的标准计量器具以及有关试验配试验方法元器件筛选元器件筛选的方法按的电路板电老化的条件为温度加额定电压工作电路板检验的测试条件和测试方法按的和整机测试经过在高温后对其各主要工作噪声等性能指标进行整机测试测试条件检测内容见表表整机检测内容输出状态和各工作节点信号的时序应符合各规定的整机检验及系统联机运行功能试验其中整机检验可按成功率验证方案检验整机功能将各种类型的监测系统设备包括传感器连续考核时间不少于基本环境试验中第湿度试验外表不应出现监测系统准确度试验将被测传感器在测量范围内要求监测系统的准确度应满足本标准监测系统稳定性试验在被监测非电量不变的条件下监测系统每连续运行其稳定性应满足本标准雾室联机试验监测系统设备即温度相对湿度湿度达到规定指标的条件下至少应保持测试次数应不少于三次文字标记应清晰数据采集功能试验控制功能试验第第第应答式数据采集试验选点测量共连续进行次检查数据完整性和各次测值之差数据缺测率应为零重复上述试验自报式数据采集试验将测控装置的时间间隔定为运行掉电保护功能试验突然中断系统工作电源断电运行试验第将测控装置电源关断按设定间隔运行人工比测试验比测数据和自动选测数据的越限报警试验将任选自检功能试验防雷试验用模拟雷电波发生器对监测系统设备施加的感应电压模拟雷击脉冲的脉冲宽度应选择设备可靠性对于非合同专门规定指标的监测按的规定在现场进行试验现场运行平均无故障工作时间按下式计算式中第第系统内系统设备台数自动采集数据缺失率按下述方法计算在考核期内自动监测系统未能测得的数据个数与应测得的数据个数之比个考核期一年电压拉偏试验条用调压器将工作状态下的监测系统设备的额定交流电压拉偏至最大允许偏差值选测机械环境适应性试验抽检监测系统设备或重要部件按中第冲击及自由跌落试结构应无损坏抗电磁干扰试验选用合适的放置在距监测系统设备远处在监测系统设备正常工作的条件下电台天线发射出间断的白噪声传输及接收均应正确无误用电磁干扰器在处于工作状态下的监测系统设备旁行开关操作检验规则出厂检验对于外购的其他通用配套设备包括计算机软件应进行有出厂检验应按本标准规定的方法分别进行检验项目的全检或抽检型式检验工艺有较大改变监测设备长期停产后又恢复生产时型式检验应由制造厂质量检验部门按本标准规定的全部试验项目进一般单机台数不应少于若产品总数少于也可以在监测系统运行或监测系统鉴若仍有不则判该批产品为不合格该批产品经过型式检验的设备需要更换易损件时使用说明书标志设备标志在监测系统设备的显著位置应具有完整的铭牌标志内容包括设备型号及名称详细地址及商标包装标志内容包括设备型号及名称箱体尺寸净重或毛重到站及收货单位发站按照和的有关规定正确使用说明书使用说明书的内容按贮存包装防护可靠装卸条件下长霉和降低准卡紧设备如有突出部分应拆卸包装防尘等防护包装按文件清单如下设备使用说明书出厂前的检验测试报告贮存干燥的室内碱。

大坝安全监测自动化解决方案目录第一部分大坝安全监测系统 (1)一. 系统概述 (1)二. 系统组成 (1)三. 系统设计 (1)四. 组网方式及数据流程 (5)五. 大坝安全监控系统功能 (5)5.1用户管理 (5)5.2系统配置管理 (6)5.3运行管理 (6)5.4系统状态管理 (6)5.5数据管理 (6)5.6报表生成 (6)5.8曲线绘制功能 (6)六. 主要设备技术指标 (7)6.1渗压计 (7)6.2量水堰计 (7)6.3库水位计 (7)6.4雨量计 (7)6.5分布式网络测量单元 (8)第二部分GPS坝体变形监测系统 (10)一．系统概述 (10)二．系统结构 (10)三．基准站 (11)四．监测站 (12)五．数据处理中心 (12)二十三.第三章软件系统功能 (12)第一部分大坝安全监测系统一. 系统概述整套系统采用分层分布的优化设计方法，硬件及软件系统均采用模块化、开放式结构设计，以方便系统升级以及与其它系统的连接。

关键部件选国外原装产品，配以国内的成熟技术与产品，系统设计力求较高的稳定性、可靠性、灵活性、可操作性和可扩展性，以利主坝后期子坝和副坝自动化安全监测的扩展设计安装，系统内部的通讯完全采用数字信号的传输。

二. 系统组成测量系统由计算机、安全监测系统软件、测量单元、传感器等组成，可完成各类工程安全监测仪器的自动测量、数据处理、图表制作、异常测值报警等工作。

系统软件基于WINDOWS工作平台，集用户管理、测量管理、数据管理、通讯管理于一身，为工程安全的自动化测量及数据处理提供了极大的方便和有力的支持。

软件界面友好，操作简单，使用人员在短时间内即可迅速掌握并使用该软件；三. 系统设计依据坝体现在状况，分别进行坝体渗流监测、水位监测、降雨量监测，具体配置如下：1.2.1坝体渗流监测（1）坝体浸润线监测一般监测断面不少于3个，监测断面位置一般选择在最具有代表性的、能控制主要渗流情况和估计可能出现异常渗流情况的横断面上，如最大坝高断面、原河床断面、合龙坝段、坝体结构有变化的断面和地质情况复杂的断面等，断面间距一般为100~200m。

智慧水利大坝监控系统设计方案智慧水利大坝监控系统的设计方案一、引言水利大坝在水资源的调配、防洪、发电等方面起着重要作用。

为了确保大坝的安全运行和提高运维效率，设计一个智慧水利大坝监控系统至关重要。

本文将详细介绍智慧水利大坝监控系统的设计方案。

二、系统架构智慧水利大坝监控系统采用分布式架构，包括传感器、数据采集设备、数据中心和用户端等组成。

传感器实时监测水位、流量、温度等信息，并通过数据采集设备将数据传输给数据中心。

数据中心对数据进行处理、分析并进行存储，用户端通过网络访问数据中心，实现对大坝状态的监控和管理。

三、系统功能1. 实时监测功能：通过传感器实时监测大坝的水位、流量、温度等信息，并将数据上传至数据中心。

2. 数据分析功能：数据中心对传感器采集的数据进行分析，提取关键信息并进行处理，如预测洪水发生的可能性等。

3. 预警功能：系统根据分析结果，当出现异常情况时及时发出预警，以便采取相应措施防止事故的发生。

4. 远程控制功能：用户端可以通过网络对大坝进行远程控制，如开关闸门、调节水位等。

5. 数据展示功能：用户端可以实时地查看大坝的状态信息，并进行数据的可视化展示，如曲线图、地图等。

四、系统设计1. 传感器选择：根据大坝的具体情况选择合适的传感器，如水位传感器、流量传感器、温度传感器等，确保数据的准确性和可靠性。

2. 数据采集设备选择：根据传感器的输出信号选择适合的数据采集设备，确保能够稳定地将传感器采集到的数据上传至数据中心。

3. 数据中心设计：数据中心需要拥有强大的数据处理和分析能力，提供实时的数据存储和查询功能。

同时，还需要具备高可靠性和安全性，以避免数据丢失和安全风险。

4. 用户端设计：用户端需要提供友好的界面和操作方式，以方便用户查看大坝状态和进行远程控制。

同时，还要支持多平台的使用，如PC、手机、平板等。

五、安全保障为保障智慧水利大坝监控系统的安全稳定运行，需要采取以下安全保障措施：1. 数据备份：定期对数据进行备份，以防止数据丢失。

大坝变形监测系统的设计与应用一、引言随着大坝建设的不断推进，大坝的安全性和稳定性越来越受到人们的关注。

大坝变形是一个重要的监测指标，因为它能够反映大坝的稳定性和安全情况。

本文将介绍大坝变形监测系统的设计与应用。

二、系统设计1. 系统结构大坝变形监测系统主要包括传感器、数据采集设备、数据传输设备和数据处理与显示设备。

2. 传感器选择在大坝变形监测系统中，常用的传感器有测斜仪、应变计和水准仪。

测斜仪用于测量大坝的倾角变化，应变计用于测量大坝的应力变化，水准仪用于测量大坝的高程变化。

3. 数据采集设备数据采集设备的主要作用是将传感器采集到的数据进行处理和存储。

根据实际需求，可以选择单片机、嵌入式系统或者计算机作为数据采集设备。

4. 数据传输设备数据传输设备用于将数据从数据采集设备传输到数据处理与显示设备。

常用的数据传输方式有有线传输和无线传输两种。

有线传输通常使用以太网、RS485等协议，无线传输可以选择蓝牙、Wi-Fi、GPRS等协议。

5. 数据处理与显示设备数据处理与显示设备主要用于存储、处理和展示监测数据。

可以使用计算机、云服务器或者移动终端等设备进行数据处理与显示。

三、系统应用大坝变形监测系统在实际应用中具有重要意义，主要体现在以下几个方面：1. 大坝安全性评估通过对大坝变形的监测，可以了解大坝在不同时间段的变形情况，进而对其安全性进行评估。

一旦发现大坝变形超过安全范围，及时采取措施进行修复，以确保大坝的安全稳定运行。

2. 施工监控在大坝建设过程中，变形监测系统可以实时监测施工过程中的变形情况，及时发现并处理施工中的问题，减少施工风险，保证施工的顺利进行。

3. 运行监测大坝建成后，随着时间的推移，可能会出现一些隐患，如渗漏、沉降等问题。

通过大坝变形监测系统，可以对大坝的运行情况进行实时监测，及时发现问题并进行预防性维修，延长大坝的使用寿命。

4. 灾害预警大坝作为重要的防洪设施，其灾害风险十分重大。

精心整理大坝安全监测自动化系统的运行与维护概况：大坝安全监测是通过仪器观测和巡视检查对水利水电工程主体结构、地基基础、两岸边坡、相关设施以及周围环境所作的测量及观察;"监测"既包括对建筑物固定测点按一定频次进行的仪器观测，也包括对建筑物外表及内部大范围对象的定期或不定期的直观检查和仪器探查。

一、大坝安全自动监测系统系统由三部分组成：●现场量测部分（传感器）●数据采集模块（CCU）●远程终端采集单元（MCU）系统监测内容、方法及仪器●大坝区降雨强度和雨量监测：采用翻斗式雨量计测量降雨量和降雨强度。

●大坝浸润及坝顶基渗压监测：通过埋设渗压计来观测坝体的渗流压力分布情况和浸润线位置及坝基渗流压力分布情况。

●大坝渗流量监测：在大坝下游设置水堰，安装量水堰计以监测大坝渗流量。

二、大坝安全监测自动化系统的运行操作●传感器可根据实际需求，在监测范围内安装各种传感器。

一般常用的有：渗压计、混凝土应变计、应力计、多点位移计、测缝计、水位计、钢筋计、倾角计、测力计、气压计、温度计、压力盒、风速计、风向仪、蒸发仪等遥测设备。

●数据采集模块（CCU）控制运行操作1.每周二次自动化监测系统巡测，可采取中央控制方式，也可采用自动控制方式运行。

每周施测时间如无特殊情况应固定不变，规定在每周二、周五上班后半小时内进行。

2.在汛期高水位，低温高水位，以及某些部位出现异常等情况下，可根据有关领导决定加密测次并采取自动控制方式运行。

3.正常情况下，数据采集模块处于工作状态，显示器可以关掉运行。

4. 数据采集模块控制测量步骤：1)数据采集模块向各远程终端采集单元提供的系统工作电源(220VAC50Hz)和系统加热电源(220VAC50Hz)应可靠工作。

2) MCU的RS－422通讯总线接入数据采集模块（CCU）的RS－485通讯卡的1口。

3) 数据采集模块在Windows XP环境下运行“大坝安全监测数据采集系统软件”。

数据采集系统设计中的抗干扰性能研究数据采集系统设计中的抗干扰性能是指系统在面对各种外部干扰时能够保持正常工作的能力。

在数据采集过程中，数据传输的可靠性和稳定性是非常重要的，而抗干扰性能的研究则是确保数据采集系统能够在复杂环境下正常运行的关键因素之一。

首先，为了提高数据采集系统的抗干扰性能，我们需要从硬件设备方面入手。

在电路设计阶段，可以采用屏蔽技术和滤波器设计来抑制外部电磁干扰。

例如，通过合理设计地线和屏蔽罩，可以有效减少信号的干扰和噪声；同时，在设计电源管理电路时，选择高品质的电容器和稳压器也可以提高系统的稳定性。

其次，在软件设计方面，我们可以采用一些方法来提高数据采集系统的抗干扰性能。

一种常见的方法是使用差分信号传输技术，通过对正负两路信号进行计算，可以有效抵抗共模干扰，提高系统的抗干扰能力。

此外，引入冗余校验码、CRC 校验等技术来检测和纠正数据传输过程中的错误，也可以提高系统的可靠性。

另外，在软硬件结合的设计中，还可以通过降低系统的采样率、增加通道数、提高分辨率等手段来提高系统的信噪比，从而抑制干扰的影响。

同时，合理设计信号传输路径，避免干扰源直接接近系统，也可以有效提高系统的抗干扰性能。

最后，在实际应用中，我们还可以通过场地规划、信号线路布置、绝缘和地线连接等方法来减少外部干扰对系统的影响。

例如，在工业环境中，可以根据设备的工作原理和周围环境情况，采取合适的防护措施来减少干扰源对系统的影响。

综上所述，数据采集系统设计中的抗干扰性能研究是一个全方位的工作，需要从硬件设备、软件设计、信号传输路径等多个方面综合考虑。

通过合理的设计和优化，可以提高系统的稳定性和可靠性，确保数据采集系统在复杂环境下正常运行，为数据采集工作提供可靠的支持和保障。